A fény részecsketermészete

Az előadások a következő témára: "A fény részecsketermészete"— Előadás másolata:

1 A fény részecsketermészete

2 A fény részecsketermészete
Planch elmélete: feltételezi hogy az elektro-mágneses hullámok energiája fénykibocsátáskor és fényelnyeléskor egy adott frekvencián nem változhat akárhogyan A h·f energiaadagokat nevezzük fotonoknak! Fotoeffektusban egy foton elnyelődésekor egy elektron lép ki a fém felszínéről. Az Einstein-formula az energia megmaradást fejezi ki.

3 Einstein: A fotont energiaadagnak tekintette.
Modern fizika: elméletileg és kísérletileg is igazolta hogy a fény is az anyag egy megjelenési formája. Foton: olyan fényrészecske, amely vákuumbeli fénysebességgel mozog, és meghatározott energiával, tömeggel, lendülettel rendelkezik. A foton képe egy felületre becsapódó lövedékre hasonlít, mely egy elektront lök ki.

4 A fotonok vagy keletkezeknek, vagy elnyelődnek, nem léteznek esemény előtt és után.
Pl: röntgensugárzás, mikor a fémbe csapódó elektron röntgenfotont tud kelteni; Artur H. Compton ( ) 1923 első mérés mikor a fotonok elektronokkal ütköznek

5 Compton nagy energiájú röntgenfotonokat használt, melyek szabadnak tekinthető elektronokkal ütköznek. Compton-szórás: a foton minden irányba eltérülhet, vagyis szóródhat. Foton és az álló elektron között tökéletesen rugalmas ütközés játszódik le.

6 - α= 0˚ egyátalán nem történik eltérülés
- α= 180˚ visszaszórást jelent - Minden α >0˚-hoz valamilyen β > 0˚ elektroneltérülési szög tartozik Ekkor a foton E-t ad át az elektronnak, tehát a fotoné csökken, ez f csökkenésével és a hullámhossz növekedésével jár. Ezt mérve megegyezett az elméleti levezetéssel ( energia és lendület megmaradási törvények)

7 Compon-szórás a fotonok részecsketermészetének döntő bizonyítékává vált ben Nobel-díjat kapott. Fotonok: - tehetetlenséggel - energiával ε=h∙f - lendülettel rendelkeznek. Ütközési folyamatokban a megszokott részecskékhez hasonlóan viselkednek.

8 Fénynyomás: a fotonok egy fekete felülettel rugalmatlanul ütköznek, így arra nyomóerőt fejtenek ki. Ha a felület egy tükör a fotonok visszapattannak, tehát nyomás gyakorol arra a felületre, amelyről visszaverődik, vagy amiben elnyelődik. Pjotr Lebegyev ( ) 1901-ben kísérletileg bizonyította.

9 A napsugárzás fénynyomása a Föld felszínén kicsi kb 10-5 Pa
Nap és a csillagok belsejében olyan nagy, hogy képes ellensúlyozni a csillagok összehúzódását. A Nap közelében elhaladó üstökös csóvának elhajlását napsugárzás nyomása okozza.

10 A foton és a gravitációs kölcsönhatás:
Általános tömegvonzás szerint gravitációs vonzás lép fel az égitestek mezője és a foton között is. Megnyilvánulásai: Napfogyatkozáskor a csillagok fénye elhajlik a Nap közelében

11 Gravitációs vöröseltolódás: nagy tömegű csillagok hozzánk érkező fényénél hullámhossz-növekedést észleltek. ( foton E-ból veszít, f csökken, hullámhossz megnő) Fekete lyukak: olyan csillagszerű képződ-mények melyek tömege a naptömeg sok-szorosa, mérete pár 100m vagy néhány km. Ezek felszínén olyan erős a gravitációs vonzás hogy még a fénysebességű fotonok sem tudják elhagyni az égitestet.

12 A fény kettős természete
A fény hullámmodellje alapján értelmezhetők a fényjelenségek és azokra vonatkozó törvényszerűségek egy része pl: interferenciával és polarizációval kapcso-latos jelenségek A részecskemodellel írhatók le pl fotoeffektus Mindkét modellel értelmezhető pl fénynyomás

13 A fény - terjedésével kapcsolatos jelenségeknél a hullámtermészete - atomos anyaggal való kölcsönhatásakor a részecske jellege jut érvényre.

14 Young-féle kettősrés Két közeli rést megvilágítunk, ekkor az ernyőn világos és sötét csíkok sorozatát látjuk, a következő intenzitás eloszlással.

15 Ha a rések közül az egyik, ill. másikat
letakarjuk akkor a köv. eloszlást látjuk. Nem ezt várnánk!

16 A kvantumfizikai leírásra jellemző, hogy az adott kezdőfeltételekből nem tudunk biztos előrejelzéseket tenni. Csak valószínűségi kijelentéseket tehetünk. Furcsa következménye ez a részecske-hullám kettősségnek. A jelen nem határozza meg egyértelműen a jövőt.